專利名稱：電抗器和制造電抗器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于諸如車載直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器等電源轉(zhuǎn)換器的部件的電抗器。
背景技術(shù)：
混合動力汽車、插電式混合動力汽車和電動汽車等均需要轉(zhuǎn)換器，其用于在驅(qū)動移動電動機或?qū)﹄姵剡M行充電時進行升壓操作和降壓操作。甚至對于燃料電池汽車，燃料電池的輸出也被升壓。轉(zhuǎn)換器的部件之一為電抗器。例如，電抗器具有其中一對線圈平行設(shè)置的形態(tài)，所述線圈的每一個都具有0型磁性芯體以及在磁性芯體的外周纏繞的導(dǎo)線。 專利文獻I(PTLl)公開了一種電抗器，其包括具有E型截面的磁性芯體，該磁性芯體為所謂的壺形芯體(pot core)。所述磁性芯體包括插入一個線圈中的圓柱狀內(nèi)側(cè)芯部，覆蓋該線圈外周而設(shè)置的圓筒狀外側(cè)芯部，以及在該線圈的兩個端面設(shè)置的一對圓盤狀的連接芯部。在壺形芯體中，連接芯部將同心設(shè)置的內(nèi)側(cè)芯部和外側(cè)芯部彼此連接，從而形成閉合磁路。PTLl還公開了一種小型電抗器，該小型電抗器可以通過提高內(nèi)側(cè)芯部的飽和磁通密度，使其高于外側(cè)芯部和連接芯部的飽和磁通密度，從而使內(nèi)側(cè)芯部的截面面積減少而獲得。引用列表專利文獻PTLl :日本未經(jīng)審查專利申請公開No. 2009-03305
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題諸如車載部件等安裝空間狹小的部件期望為小型的。PTLl公開了其中多個分割片通過粘合劑而結(jié)合從而一體化的磁性芯體。但是，考慮到進一步減小尺寸，甚至期望省略粘合劑。PTL I公開了這樣一種構(gòu)造，其中因為磁性芯體整體為粉末成形體，并且通過將線圈連同粉末材料一起設(shè)置在模型中而使磁性芯體成形，因此不需要粘合劑。但是，如果由粉末成形體形成了其中飽和磁通密度部分不同的磁性芯體，就需要根據(jù)磁性芯體的形狀通過多步進行加壓步驟。這樣可能會導(dǎo)致生產(chǎn)性的降低。為了提供小型且生產(chǎn)性優(yōu)異的電抗器，申請人和其他人提出用由磁性材料和樹脂的混合物形成的露出芯部來覆蓋線圈的外部。如果磁性芯體以這樣的方式由磁性材料和樹脂的混合物形成，則當磁性材料硬化時，所述混合物的密集度可能不同?？赡茈y以使電感達到設(shè)計值。為了解決此問題，本發(fā)明提供了一種電抗器，即使在覆蓋線圈外部的外側(cè)芯部由磁性材料和樹脂的混合物形成時，所述電抗器也可以容易地獲得期望的電感值，并且具有良好的散熱性。解決問題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所提供的電抗器包括線圈、芯體、以及收納所述線圈和芯體的殼體，所述芯體包括設(shè)置在線圈內(nèi)部的內(nèi)側(cè)芯部，以及部分或完全覆蓋線圈外部的外側(cè)芯部，外側(cè)芯部由磁性材料和樹脂的混合物形成。設(shè)置所述線圈使得該線圈的軸向大體上與殼體的底面平行。所述外側(cè)芯部的在線圈軸向上的磁性材料的密集度差小于所述外側(cè)芯部的在沿殼體側(cè)壁的方向上的磁性材料的密集度差。關(guān)于該電抗器，設(shè)置所述線圈使得該線圈的軸向大體上與殼體的底面平行，并且外側(cè)芯部的在線圈軸向上的磁性材料的密集度差小于外側(cè)芯部的在沿殼體側(cè)壁的方向上的磁性材料的密集度差。因此，磁性材料的在磁通方向上的 密集度差變小。磁性材料更多地分布在殼體的底面?zhèn)龋⑶以诖藚^(qū)域以集中方式形成磁路。然而，對于電抗器整體，易于使電感達到設(shè)計值。此外，由于所述線圈被設(shè)置為使得該線圈的軸向大體上與殼體的底面平行并且線圈的端面朝向殼體的側(cè)壁，因此線圈的外周面朝向殼體的底面。因此，與其中線圈被設(shè)置為使得線圈的端面朝向殼體的底面的情況相比，更容易從殼體底面散熱。需要指出的是，磁性材料的密集度是表示分散在磁性材料和樹脂的混合物中的磁性材料的分散密度(不是磁性材料的密度，而是磁性材料在混合物中所占的比率)的量。代表性的是利用混合物的密度來表示磁性材料的密集度。另外，磁性材料的密集度也可以用磁性材料與樹脂的體積比來表示，或者用截面中磁性材料的面積比來表示。另外，殼體的底面是指，在對應(yīng)于殼體底部的方向上，當磁性材料和樹脂的混合物被填充并硬化時處于下側(cè)的表面，并且側(cè)壁是指以大體上垂直的方向豎直設(shè)置在底面上的面。當在沿著側(cè)壁的方向上，磁性材料的底面?zhèn)鹊拿芗扰c磁性材料的與底面相對的頂面?zhèn)鹊拿芗认啾葧r，以底面?zhèn)鹊拿芗葹榛鶞?，所述外?cè)芯部中磁性材料的密集度的差可以優(yōu)選為大于0%且小于或等于45%。由于底面?zhèn)鹊拿芗容^高并且頂面?zhèn)鹊拿芗容^低，因此在內(nèi)部產(chǎn)生的熱量集中在底面?zhèn)龋纱松嵝侍岣?。為了提高散熱性能，從獲得有效的散熱優(yōu)點的角度考慮，密集度差可以優(yōu)選為3%以上，更優(yōu)選為5%以上。同時，當考慮如鐵粉等磁性材料和樹脂材料的重量差時，密集度差最大可以為大約75%。但是，如果密集度差為45%以上，作為具有低密集度的頂面?zhèn)鹊膶嵸|(zhì)性磁性物質(zhì)，外側(cè)芯部的貢獻太小，并且外側(cè)芯部的尺寸太大以至于得不到作為電抗器整體所期望的電感。從這些角度考慮，密集度差優(yōu)選為3%至45%的范圍，更加優(yōu)選為5%至20%的范圍，進一步優(yōu)選為10%至20%的范圍。當以一個方向上的密集度的最大值為基準來確定外側(cè)芯部中磁性材料的密集度差時，如果在沿殼體側(cè)壁的方向上，密集度差為3%以上，并且如果設(shè)置線圈使得該線圈的軸向大體上與沿殼體側(cè)壁的方向平行，則磁通方向的密集度差變?yōu)?%以上，并且可能難以獲得期望的電感值。換句話說，通過設(shè)置線圈使得該線圈的軸向大體上與殼體的底面平行，磁通方向的密集度差容易得到抑制，并且可以獲得期望的電感值。如果殼體的底面被構(gòu)造為可以被強制冷卻，則散熱效率可以有效提高。強制冷卻是指與殼體的自然空氣冷卻相比，通過使用(例如)水冷卻裝置或散熱片而能夠有效散熱的各種手段。如果在殼體的底面提供能夠進行強制冷卻的結(jié)構(gòu)，或者提供用于與額外設(shè)置的強制冷卻裝置進行熱連接的結(jié)構(gòu)(安裝結(jié)構(gòu)或安裝面)，則可以獲得由于磁性材料的密集度差而導(dǎo)致的效果。
如果內(nèi)側(cè)芯部具有比外側(cè)芯部的飽和磁通密度高的飽和磁通密度，則可以減小用于獲得期望的電感的電抗器整體的尺寸。因此，內(nèi)側(cè)芯部可以優(yōu)選由粉末成形體制成。在此情況下，由于粉末芯體具有高熱密度，因此有效地為形成外側(cè)芯體的磁性材料和樹脂的混合物提供了密集度差，并且提高了對底面?zhèn)鹊睦鋮s效率。在此意義上，底面可以稱為能被強制冷卻的冷卻面。在這種電抗器中，殼體可以具有與線圈和內(nèi)側(cè)芯部中的至少一者的外部形狀對應(yīng)而形成的內(nèi)壁面。在此情況下，可以增加內(nèi)壁面的朝向線圈外表面的面積，結(jié)果能夠進一步提聞散熱性能。根據(jù)電抗器的一個方面，線圈的外周面的一部分從外側(cè)芯部露出。由于線圈被設(shè)置為使得該線圈的端面朝向殼體的側(cè)壁，因此即使線圈的外周面是部分露出的，外側(cè)芯部的其他部分沿線圈的軸向也是連續(xù)的，從而能夠確保磁路。在殼體的底面?zhèn)纫约蟹绞叫纬闪舜怕贰Ｒ虼?，例如，如果線圈的外周面在殼體的上側(cè)露出，則對電感值的影響會特別小。因此，通過使線圈的外周面部分地露出，可以提高散熱性能，同時實現(xiàn)期望的電感值。需要 指出的是，如果線圈的外周面在殼體上側(cè)露出，則因為磁通可能會泄露到空氣層中，因此優(yōu)選設(shè)置由諸如金屬等導(dǎo)電材料制成的蓋子。在所述電抗器中，殼體可以具有支撐部，該支撐部通過支撐內(nèi)側(cè)芯部的從線圈突出的兩個端部，從而支撐線圈和內(nèi)側(cè)芯部。利用支撐部，線圈可以容易地定位到殼體中，并且可以更容易地制造出獲得期望的電感值的電抗器。另外，支持部可以確保殼體和線圈之間的絕緣。此外，支撐部使內(nèi)側(cè)芯部和殼體的底面在結(jié)構(gòu)上是連續(xù)的。容易從內(nèi)側(cè)芯部向殼體底面散熱。另外，本發(fā)明提供了一種制造電抗器的方法，包括收納步驟，其中，準備包括線圈和插在該線圈中的內(nèi)芯的線圈組件、以及具有底面和側(cè)壁的殼體，并且將線圈組件收納在殼體中，使得所述殼體的底面大體上與線圈的軸向平行；填充步驟，其中使用含有磁性材料和樹脂的混合物來填充殼體；以及硬化步驟，其中，在填充步驟之后對填充的混合物進行硬化。硬化步驟至少將三種加熱溫度保持預(yù)定的時間。三種加熱溫度中的一種為使粘度變得大體上最小時的溫度，因此混合物基本上沒有被硬化。因此，可以獲得具有期望的密集度差的電抗器。發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，如上所述，即使覆蓋線圈外部的外側(cè)芯部由磁性材料和樹脂形成，也能夠獲得可以容易地實現(xiàn)期望的電感值、并且具有良好的散熱性能的電抗器。附圖簡要說明參考下列附圖根據(jù)所提供的以下實施方案，對上述目和其它目的、特征、以及優(yōu)點進行說明。在圖中，同樣的參考符號即使在不同的圖中也代表同樣的部分。圖I為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電抗器的安裝狀態(tài)的示圖。圖2A為示出了根據(jù)本實施方案的電抗器的簡單構(gòu)成的正視圖。圖2B為示出了根據(jù)本實施方案的電抗器的簡單構(gòu)成的側(cè)視圖。圖3為對電抗器的構(gòu)成實例進行說明的示圖，在該電抗器中，殼體的內(nèi)壁面與殼體的外壁面是不相同的。圖4為示出了電抗器的構(gòu)成實例的示圖，在該電抗器中，線圈的外周面的一部分從外側(cè)芯部露出。圖5A為對電抗器的構(gòu)成實例進行說明的正視圖，在該電抗器中，在殼體中提供了線圈用的支撐部。圖5B為對電抗器的構(gòu)成實例進行說明的側(cè)視圖，在該電抗器中，在殼體中提供了線圈用的支撐部。圖6為對模擬電抗器的截面結(jié)構(gòu)進行說明的示意圖。圖7為作為模擬I的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(具有密度差，底面?zhèn)壤鋮s)。圖8為作為模擬I的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(具有 密度差，頂面?zhèn)壤鋮s)。圖9為作為模擬I的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(無密度差，底面?zhèn)壤鋮s)。

圖10為作為模擬2的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(密度差為0%)。圖11為作為模擬2的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(密度差為2%)。圖12為作為模擬2的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(密度差為3%)。圖13為作為模擬2的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(密度差為5%)。圖14為作為模擬2的結(jié)果的將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(密度差為10%)。圖15為作為模擬2的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(密度差為15%)。圖16為作為模擬2的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(密度差為20%)。圖17為作為模擬2的結(jié)果將截面溫度分布以顏色分布的形式來表示的示圖(密度差為45%)。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明進行更詳細地說明。圖I為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電抗器的安裝狀態(tài)的不圖。根據(jù)該實施方案的電抗器101可以用于車載DC-DC轉(zhuǎn)換器的部件。電抗器101連同其它部件一起收納在鋁制的轉(zhuǎn)換器殼體102中。在本實施方案中，電抗器101包括由鋁制成并且具有(例如)箱蓋形狀的殼體103。通過用螺栓將殼體103固定到轉(zhuǎn)換器殼體102的內(nèi)底面104上，使電抗器101設(shè)置在轉(zhuǎn)換器殼體102中。殼體103的底面與轉(zhuǎn)換器102的內(nèi)底面104表面接觸。在車載轉(zhuǎn)換器中，可以對電抗器101施加最大100安培以上的電流，這將導(dǎo)致電抗器101產(chǎn)生高溫熱量。為了冷卻電抗器101及其它部件，將冷卻水105引入轉(zhuǎn)換器殼體102的外底面。由電抗器101所產(chǎn)生的熱量通過殼體103的底面轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)換器殼體102，并通過冷卻水105而消散。圖2A和2B分別為示出了根據(jù)本實施方案的電抗器的簡單構(gòu)成的正視圖和側(cè)視圖。電抗器101包括線圈201和芯體204。芯體204包括設(shè)置在線圈201內(nèi)部的內(nèi)側(cè)芯部202，以及覆蓋線圈201外部的外側(cè)芯部203。包括在電抗器101中的殼體103收納線圈201 和芯體204。在電抗器101中，線圈201通過以螺旋的形式纏繞單根連續(xù)導(dǎo)線201w而形成，并且具有與殼體103的底面大體上平行設(shè)置的軸向205。導(dǎo)線201w的兩端與轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體元件和電池相連。導(dǎo)線201w優(yōu)選使用包覆線，所述包覆線在由導(dǎo)電材料(如銅或鋁)制成的導(dǎo)體外周上具有由絕緣材料制成的絕緣覆層。導(dǎo)線201w使用包覆扁線，其中導(dǎo)體由銅制扁線形成，并且絕緣覆層由瓷漆制成。導(dǎo)線201w的導(dǎo)體的截面可以不是扁平截面，并且可以是各種截面中的任意一種，如圓形截面和多邊形截面等。具有上述構(gòu)成的電抗器可以優(yōu)選用于處于下述通電條件下的特定用途，在所述通電條件中，最大電流(直流)的范圍為大約100A至1000A、平均電壓的范圍為大約100V至1000V、并且使用頻率的范圍為大約5kHz至100kHz，并且所述用途典型的是用于諸如電動汽車、混合動力汽車等汽車上的車載電源轉(zhuǎn)換器的部件。關(guān)于特定的用途，期望優(yōu)選使用滿足下述條件的構(gòu)成，在所述條件中，施加的直流電為OA時的電感范圍為101111至211111，并且當施加的電流為最大施加電流時，電感為施加電流為OA時的電感的10%以上。當電抗器為車載部件時，包括殼體在內(nèi)的電抗器優(yōu)選具有范圍為大約0. 2升(200cm3)至大約0. 8升(800cm3)的容量。在本實施例中，該容量為大約0.4升。線圈201形成單一線圈元件?；蛘?，一根導(dǎo)線可以形成多個線圈元件，并且這些線圈元件可以收納在殼體中。所述多個線圈元件沒有必要由一根導(dǎo)線形成，可以由獨立的導(dǎo)線形成。導(dǎo)線可以通過焊接等接合導(dǎo)線的末端而形成一體的線圈。對于焊接各獨立的導(dǎo)線，可以使用(例如)鎢極惰性氣體(TIG)焊、激光焊或電阻焊?；蛘撸梢酝ㄟ^接觸粘合、冷壓焊或振動焊來接合導(dǎo)線的末端。形成線圈201的導(dǎo)線201w的兩個端部由多次纏繞被引導(dǎo)一定量至外側(cè)芯部203的外面。去除兩個末端的絕緣覆層，露出導(dǎo)體部分。將由諸如銅或鋁等導(dǎo)電材料制成的端子構(gòu)件與露出的導(dǎo)體部分連接。線圈201通過端子構(gòu)件與電池等連接。導(dǎo)線201w的兩個端部和端子構(gòu)件之間的連接可以使用TIG焊等焊接或接觸粘合等。由于內(nèi)側(cè)芯部202和外側(cè)芯部203被一體化，因此芯體204形成閉合磁路。在本實施方案中，內(nèi)側(cè)芯部202和外側(cè)芯部203由不同的形成材料形成，因此具有不同的磁特性。更具體而言，內(nèi)側(cè)芯部202具有比外側(cè)芯部203的飽和磁通密度更高的飽和磁通密度，并且外側(cè)芯部203與內(nèi)側(cè)芯部202相比，具有更低的導(dǎo)磁率。內(nèi)側(cè)芯部202具有沿著線圈201 (如果形成多個線圈元件，即沿著各線圈元件)的內(nèi)周面形狀延伸的外形。在此情況下，內(nèi)側(cè)芯部202具有圓柱狀外形?；蛘?，內(nèi)側(cè)芯部202可以具有端面形狀為帶有圓角的矩形(跑道形狀)的長方體這樣的外形，或具有其它外形。內(nèi)側(cè)芯部202可以整體由粉末成形體形成，并且可以具有其中未插入間隙材料、氣隙或粘結(jié)材料的構(gòu)成。但是，內(nèi)側(cè)芯部并不局限于上述構(gòu)成。可以將粉末成形體分割為多個芯體，并且這些芯體可以通過粘合劑彼此連接起來。在此情況下，即使插入了粘合劑，粘合劑實質(zhì)上也不起到間隙的作用。另外，如果從設(shè)計上的需要來考慮，為了獲得期望的性能，可以包含間隙材料。粉末成形體通常通過下述方法制得使表面具有絕緣覆層的軟磁性粉末成形，然后在絕緣覆層的耐熱溫度以下對軟磁性粉末進行燒制。可以使用適當?shù)貙⒄辰Y(jié)劑與軟磁性粉末混合而得到的混合粉末，或使用具有由有機硅樹脂制得的覆層作為絕緣覆層的粉末。粉末成形體的飽和磁通密度可以根據(jù)軟磁性粉末的材料、以及通過調(diào)整軟磁性粉末和粘結(jié)劑的混合比以及各種覆層中任意一種的量來改變。例如，通過使用具有高飽和磁通密度的軟磁性粉末，或通過減少所含粘結(jié)劑的量以及提高軟磁性材料的比率，可以獲得具有高飽和磁通密度的粉末成形體?；蛘撸ㄟ^改變成形壓力(更加具體為提高成形壓力)，飽和磁通密度也趨向于增加。為了獲得期望的飽和磁通密度，可以對軟磁性粉末進行選擇，并且對成形壓力進行調(diào)整。
軟磁性粉末可以是鐵族金屬粉末，如鐵(Fe)、鈷(Co)或鎳(Ni)等；鐵基合金粉末，如 Fe-硅(Si)、Fe-Ni、Fe-鋁(Al)、Fe-鉻(Cr)、Fe_Cr、Fe-Si-Al 等；或者，稀土金屬粉末或鐵酸鹽粉末。特別是，鐵基金屬粉末易于提供具有高飽和磁通密度的粉末成形體。這樣的粉末可以通過霧化(氣體或水霧化)、機械粉碎或其它方法制得。如果使用由具有納米晶體的納米晶體材料所形成的粉末，或者更加優(yōu)選使用由各向異性的納米晶體材料所形成的粉末，則可以獲得具有高的各向異性以及低矯頑力的粉末成形體。形成在軟磁性粉末上的絕緣覆層使用(例如)磷酸鹽化合物、硅化合物、鋯化合物或硼化合物。粘結(jié)劑可以使用熱塑性樹脂、非熱塑性樹脂或高級脂肪酸。通過燒制，粘結(jié)劑消失或變成二氧化硅等絕緣體。由于粉末成形體具有絕緣覆層等絕緣體，軟磁性粉末彼此是絕緣的，因此可以減少渦流損耗。即使向線圈施加高頻電源，也會減少該損耗。內(nèi)側(cè)芯部202具有整體設(shè)置在線圈(元件)內(nèi)部的構(gòu)造，并且還具有部分從線圈(元件)伸出的構(gòu)造。在圖2A和2B所示出的實例中，內(nèi)側(cè)芯部202在線圈201的軸向上的長度比線圈201的長度更大。內(nèi)側(cè)芯部202的兩個端部從線圈201的端面突出。內(nèi)側(cè)芯部202的長度可以等于或略小于線圈201的長度。如果內(nèi)側(cè)芯部202的長度等于或大于線圈201的長度，則由線圈201產(chǎn)生的磁通就可以充分通過內(nèi)側(cè)芯部202。在本實施方案中，形成外側(cè)芯部203使其基本上完全覆蓋線圈201以及內(nèi)側(cè)芯部202。換句話說，外側(cè)芯部203基本上覆蓋了線圈201的整個外周、線圈201的兩個端面、以及內(nèi)側(cè)芯部202的兩個端面。內(nèi)側(cè)芯部202和外側(cè)芯部203通過外側(cè)芯部203的成形樹脂結(jié)合在一起，而沒有在它們之間插入粘合材料。通過這樣的結(jié)合，芯體204可以在沒有間隙的情況下而整體一體化。外側(cè)芯部203具有與殼體的內(nèi)壁面對應(yīng)的長方體的外形作為基本外形。但是，對外側(cè)芯部203的形狀并沒有特別的限定，只要可以形成閉合磁路即可。線圈201的外側(cè)的一部分可以沒有被外側(cè)芯部203覆蓋，因此可以露出。外側(cè)芯部203可以整體上由磁性材料和樹脂的混合物(硬化成形體)形成。硬化成形體通常可以通過注塑成形或鑄塑成形來形成。注塑成形一般將軟磁性粉末(如果有必要，可以是進一步添加了非磁性粉末的混合粉末)與具有流動性的粘結(jié)劑樹脂混合，將該混合流體注入鑄模(在本實施例中為殼體103)中，使用預(yù)定的壓力將混合流體成形，然后使粘結(jié)劑樹脂硬化。鑄塑成形獲得了與注塑成形類似的混合流體，然后在不施加壓力的情況下將該混合流體注入鑄模(殼體103)中，以使混合流體成形并且硬化。在任意一種成形方法中，粘結(jié)劑樹脂可以優(yōu)選使用熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或有機硅樹脂等。如果粘結(jié)劑樹脂使用熱固性樹脂，則加熱成形體，因此樹脂以加熱的方式被硬化。粘結(jié)劑樹脂可以選用室溫固化性樹脂或低溫固化性樹脂。在此情況下，樹脂被放置在溫度范圍為室溫至相對低溫的條件下以使樹脂硬化。作為非磁性材料的粘結(jié)劑樹脂大量殘留在硬化成形體中。因此，即使硬化成形體使用與粉末成形體相同的軟磁性粉末，硬化成形體仍然具有比粉末成形體低的飽和磁通密度和導(dǎo)磁率。用于外側(cè)芯部203的軟磁性材料可以使用與用于上述內(nèi)側(cè)芯部202的軟磁性粉末相同的粉末。優(yōu)選在芯體204與線圈201接觸的位置設(shè)置絕緣體，以便進一步提高這兩個部件之間的絕緣性。例如，可以將絕緣膠帶貼在線圈201的內(nèi)周面和外周面，或者可以設(shè)置絕緣紙或絕緣薄片。可以在內(nèi)側(cè)芯部202的外周設(shè)置由絕緣材料制成的線圈架。線圈架的構(gòu)成材料可以優(yōu)選使用絕緣樹脂，如聚苯硫醚(PPS)樹脂、液晶聚合物或聚四氟乙烯(PTFE)樹脂。 本發(fā)明所使用的磁性材料和樹脂的混合物的典型密度的范圍為大約3. Og/cm3至5. 5g/cm3。特別是，如果樹脂材料為環(huán)氧樹脂，并且磁性材料為Fe，上述密度的范圍為大約
3.5g/cm3至4. 7g/cm3。如果磁性材料為Fe_6. 5Si (包含6. 5重量％Si的鐵基金屬)，上述密度的范圍為3. 6g/cm3至5. Og/cm3。如果磁性材料為鐵硅鋁磁合金(Fe-Al-Si合金)，上述密度的范圍為大約3. 6-5. Og/cm3。另外，如果內(nèi)側(cè)芯部為Fe粉制的粉末成形體以具有代表性尺寸時，上述密度的范圍可以為6. 5g/cm3至7. 8g/cm3。所述尺寸包括在芯體截面為圓時范圍為IOmm至70mm的直徑，以及范圍為20mm至120mm的高度。當線圈截面為圓時，線圈可以具有范圍為20mm至80mm的內(nèi)徑，并且線圈匝數(shù)的范圍可以為30至70。如果外側(cè)芯體具有長方體的外形，則該形狀可以具有范圍為60mm至IOOmm的邊長，并且如果殼體具有長方體的外形，則該形狀可以具有范圍為60mm至IOOmm的邊長。上述電抗器可以通過(例如)依次執(zhí)行下述的收納步驟、填充步驟和硬化步驟來制造。下面將對這些步驟進行說明。在收納步驟中，將線圈201收納在殼體103中。如果內(nèi)側(cè)芯部202由與外側(cè)芯部的材料不同的材料形成，例如當內(nèi)側(cè)芯部202由和本例子一樣的粉末成形體制成，或者由電磁鋼板制成時，準備線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202，將內(nèi)側(cè)芯部202插入線圈201中，由此制作出線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202的組件。該組件可以在任何時候被制作，只要是在下一步的填充步驟之前即可。另外，絕緣體可以如上所述適當?shù)卦O(shè)置在線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202之間。然后，將該組件收納到殼體103中。當組件被收納在殼體103中時，如果在殼體103中設(shè)置了導(dǎo)向突起等，則可以在殼體103中的預(yù)定位置處精確設(shè)置該組件。在填充步驟中，將形成外側(cè)芯部203的包含磁性粉末和樹脂的混合物填充在殼體103中。關(guān)于磁性粉末和樹脂的混合物(樹脂硬化前)，如果相對于混合物整體，磁性粉末的含量的范圍為20體積％至60體積％，并且樹脂的含量的范圍為40體積％至80體積％，則可以形成相對導(dǎo)磁率范圍為5至50的外側(cè)芯部203。例如，可以制備40體積％的具有磷化鹽覆層的純鐵粉用作上述磁性粉末，準備60體積％的雙酚A環(huán)氧樹脂用作上述樹脂，準備酸酐用作該樹脂的硬化劑，并且可以形成它們的混合物并將該混合物填充在殼體103中。此夕卜，填充之后，優(yōu)選進行抽真空，以進行除去混合物中的空隙的脫氣。這是優(yōu)選的，因為混合物中的空隙可以被除去，并且對于外側(cè)芯部203而言，可以容易地獲得期望的磁性能。在硬化步驟中，使被填充的樹脂硬化。在此硬化步驟中，優(yōu)選可以根據(jù)被硬化的樹脂的種類對溫度和時間進行選擇。在本例中，樹脂通過下述方式硬化在溫度保持在80°C的第一溫度的狀態(tài)下放置2小時，然后在溫度保持在120°C的第二溫度的狀態(tài)下放置2小時，接下來在溫度保持在150°C的第三溫度的狀態(tài)下放置5小時。第一溫度作為使樹脂的粘度變得最低時的溫度而選擇。該溫度可以通過在硬化材料被混合之后且硬化進行之前，對樹脂的粘度進行測量來確定。如果使用這樣的溫度，則樹脂中的磁性粉末易于沉淀，使得可以提供密集度差。即，底面?zhèn)群晚斆鎮(zhèn)戎g出現(xiàn)了混合物的密度差。由此，第一溫度優(yōu)選為使粘度變得最低時的溫度的±5°C，并且更加優(yōu)選為在±3°C之內(nèi)。另外，由于粘度低，可以額外獲得樹脂中的空隙易于被除去的優(yōu)點。因此，還可以獲得硬化樹脂不具有直徑為200 以上的空隙的特性。第二溫度用來使樹脂硬化。第三溫度用來提高樹脂的交聯(lián)密度。特別是，通過基于預(yù)先檢測的結(jié)果對第一溫度進行選擇，可以有利地形成底面?zhèn)群晚斆鎮(zhèn)戎g的密度差。可以將第二溫度和第三溫度保持所需要的時間，該時間為樹脂的硬化和交聯(lián)所選擇的時間。 在上述步驟中，將第一、第二以及第三溫度這樣的三種加熱溫度保持預(yù)定的時間。但是，如果耐熱性不需要很高，并且樹脂的交聯(lián)密度也不需要很高時，可以選擇性地進行只將第一和第二溫度這兩種加熱溫度保持預(yù)定時間的步驟。另外可供選擇的是，可以省略第二溫度，可以進行只將第一和第三溫度這兩種加熱溫度保持預(yù)定時間的步驟。在使用注塑成形或鑄塑成形的情況下，如果沒有進行燒結(jié)，可以通過改變軟磁性粉末(或非磁性粉末)和粘結(jié)劑樹脂的含量來調(diào)節(jié)外側(cè)芯部的導(dǎo)磁率，如果進行了燒結(jié)，可以通過改變軟磁性粉末和非磁性粉末的含量來調(diào)節(jié)外側(cè)芯部的導(dǎo)磁率。例如，如果軟磁性粉末的含量降低，則導(dǎo)磁率也趨向于降低。優(yōu)選調(diào)節(jié)外側(cè)芯部203的導(dǎo)磁率使得電抗器101具有期望的電感。對于這種電抗器101，由于內(nèi)側(cè)芯部202的飽和磁通密度高于外側(cè)芯部203的飽和磁通密度，因此如果通過內(nèi)側(cè)芯部202的總磁通等于通過磁性芯體(均勻芯體)的內(nèi)芯的總磁通，則內(nèi)側(cè)芯部202的截面面積(磁通通過的面)可以小于均勻芯體的內(nèi)芯的截面面積，其中所述磁性芯體具有與電抗器101的芯體形狀相同的形狀，并且整體都具有均勻的飽和磁通密度。由于內(nèi)側(cè)芯部202被小型化，芯體204可以被小型化，結(jié)果電抗器101也可以被小型化。另外，對于該電抗器，由于內(nèi)側(cè)芯部202具有高的飽和磁通密度，并且外側(cè)芯部203具有低導(dǎo)磁率，因此電抗器101可以具有期望的電感。此外，對于這種電抗器101，如果在芯體204中整體上都不存在間隙，則不會發(fā)生在間隙處泄漏的磁通影響線圈201的現(xiàn)象。因此，內(nèi)側(cè)芯部202可以緊密設(shè)置在線圈201的內(nèi)周面。因此，內(nèi)側(cè)芯部202的外周面和線圈201的內(nèi)周面之間的間隙可以減小。另外從這點考慮，電抗器101可以被小型化。此外，如果電抗器101不使用任何粘合劑，則當內(nèi)側(cè)芯部202形成時，不需要間隙材料所用的結(jié)合步驟，從而產(chǎn)生良好的生產(chǎn)性。特別是，對于電抗器101，在外側(cè)芯部203形成的同時，內(nèi)側(cè)芯部202和外側(cè)芯部203通過外側(cè)芯部203的構(gòu)成樹脂結(jié)合在一起，從而形成芯體204，結(jié)果可以制造電抗器101。因此，制造步驟被簡化，并且從這個角度考慮，生產(chǎn)性也得到提高。
此外，對于電抗器101，由于內(nèi)側(cè)芯部202為粉末成形體，因此飽和磁通密度可以容易地調(diào)節(jié)，并且即使內(nèi)側(cè)芯部202具有復(fù)雜的三維形狀，內(nèi)側(cè)芯部202也可以容易地形成。另外，由于外側(cè)芯部203具有樹脂組分，因此可以保護外側(cè)芯部203不受外部環(huán)境(如灰塵和腐蝕等)的影響，并且可以使其被機械地保護。特別是，對于電抗器101，由于線圈201整體被外側(cè)芯部203覆蓋，因此外側(cè)芯部203可以容易地形成，并且可以充分地保護線圈201。如上所述，電抗器101具備多種優(yōu)點。此外，即使電抗器101的外側(cè)芯部203由上述磁性材料和樹脂的混合物構(gòu)成，也可以容易地獲得期望的電感值。當外側(cè)芯部203通過上述制造方法在殼體103中硬化時，重力磁性材料更多地分布在殼體103的底側(cè)，并且較少地分布在殼體103的頂側(cè)。由此，磁性材料的密集度差在沿著殼體103的側(cè)壁的方向206上變大。例如，即使在不特意提供密度差的情況下使樹脂硬化，由于重力而導(dǎo)致的輕微沉淀和密集度的變化，仍可以產(chǎn)生±1%以下，或甚至最大為小于±2%的密度差。如果圓筒形線圈201的端面朝向殼體103的底面(如果線圈201垂直設(shè)置在殼體103中)，則會在磁性材料的密集度差較大的方向206上形成磁路。這樣可能難以使電感達到設(shè)計值。與此相對比，磁性材料在水平方向的密集度差可顯 著小于在方向206上的密集度差。關(guān)于磁性材料在一個方向上的密集度，可以通過對切片(除去線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202的體積)進行密度測量來進行評價，所述切片是在以該一個方向為法線的平面中以預(yù)定的間隔對外側(cè)芯部203進行切片而獲得的。在此情況下，一個方向上的磁性材料的密集度差，可以通過使用切片密度中的最小密度和最大密度，以最大密度為基準，根據(jù)(最大密度-最小密度)/最大密度的公式來計算。密度p可以從空氣中的重量和水中的重量來測定?；诎⒒椎略?密度P表示如下p = ( p w X Wair- P air X ffw) / (ffair-ffw),其中P w為水的密度，P air為空氣的密度，Ww為在水中的重量，Wair為在空氣中
的重量。近似的，由于P W》P air，密度P可以表示如下p w p w X ffair/ (ffair-ffw) 在電抗器101中，沿著密度差小的方向，線圈201的軸向205大體上與殼體103的底面平行，并且線圈201的端面朝向殼體103的側(cè)壁(線圈201水平設(shè)置在殼體103中)。磁性材料更多地分布在殼體103的底面?zhèn)?，并且在此部分以集中方式形成磁路。在整體上，不管制造過程中磁性材料的密集度分布如何，電感也容易達到設(shè)計值。結(jié)果，電抗器101的制造成本降低。需要指出的是，從填充步驟到硬化步驟，線圈201的軸向205優(yōu)選為水平方向(或大體上與殼體103的底面平行)。但是，只要圓筒狀線圈201的端面朝向殼體103的側(cè)壁，則與線圈201的端面朝向殼體103的底面的情況相比，磁性材料在磁通方向上的密集度差就可以得到抑制。此外，如果線圈201被設(shè)置為使得線圈201的軸向大體上與殼體103的底面平行，并且線圈201的端面朝向殼體103的側(cè)壁，電抗器101的散熱性就會提高。與由粉末成形體形成的內(nèi)側(cè)芯部202相比，由磁性材料和樹脂的混合物所形成的外側(cè)芯部203具有較低的熱導(dǎo)率，因此電抗器的溫度很可能由于來自被外側(cè)芯部203覆蓋的線圈201的熱量而上升。如果線圈201被設(shè)置為使得線圈201的端面朝向殼體103的底面而不是側(cè)壁，則占線圈201外表面主要部分的線圈201的外周面會朝向殼體103的側(cè)壁。在此情況下，線圈201所產(chǎn)生的熱主要通過下述路徑消散從內(nèi)側(cè)芯部202到殼體103底面的路徑，以及通過外側(cè)芯部203和殼體103側(cè)壁延伸到底面的路徑。如果通過這些路徑進行散熱，則電抗器101整體的溫度容易升高。與此形成對比的是，如果線圈201被設(shè)置為使得線圈201的端面朝向殼體103的側(cè)壁，則線圈201的外周面會朝向殼體103的底面。由于線圈201的朝向殼體103的底面的表面積(作為散熱面)增加，因此即使線圈201被外側(cè)芯部203覆蓋，來自線圈201的熱也容易從殼體103的底面消散。因此，電抗器101容易獲得期望的電感值，并且可以確保良好的散熱性能。從這些角度考慮，如果線圈201被設(shè)置為使得線圈201的外周面直接與殼體103的底面接觸，或者通過絕緣材料與殼體103的底面接觸，則散熱性能進一步優(yōu)選地提高。接 觸部分中基本上不存在外側(cè)芯部。但是，外側(cè)芯部的功能沒有任何問題。圖3為對電抗器的構(gòu)成實例進行說明的示圖，在該電抗器中，殼體的內(nèi)壁面與殼體的外壁面是不相同的。在此實例中，殼體103的內(nèi)壁面301具有大體上為半橢圓形的截面形狀，以符合線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202的外形。殼體103的外形為長方體，因此殼體103的內(nèi)壁面和外壁面彼此是不相同的。如果殼體103的內(nèi)壁面形成為與其外壁面相似的長方體形狀，則虛線302就假定表示殼體103的內(nèi)壁面。如通過圖中內(nèi)壁面301和虛線302之間的對比所發(fā)現(xiàn)的那樣，由于殼體103的內(nèi)壁面301形成為符合線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202的外形，因此殼體103的內(nèi)壁面在各個位置均等地接近線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202。與殼體103的內(nèi)壁面與其外壁面相似的情況相比，內(nèi)壁面301在恒定的距離內(nèi)以一定的距離朝向線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202的表面積可以增加。由此，來自線圈201等的熱可易于從內(nèi)壁面301消散，并且電抗器的散熱性能提高。需要指出的是，內(nèi)壁面301的截面形狀沒有必要是大體上的半橢圓形，并且可以是符合線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202的外形的半圓形或其它形狀。另外，殼體的內(nèi)壁面可以形成為符合線圈201的外形或內(nèi)側(cè)芯部的外形。圖4為示出了電抗器的構(gòu)成實例的示圖，在該電抗器中，線圈的外周面的一部分從外側(cè)芯部露出。在此實例中，殼體103的內(nèi)壁面401具有大體上半圓形的截面形狀，以符合線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202的外形。因此，和圖3中的實例一樣，由于內(nèi)壁面401的形狀等，電抗器的散熱性能提高。但是，殼體103的內(nèi)壁面也可以是其它形狀。此外，在圖4的實例中，線圈201的外周面402的一部分在殼體103的上側(cè)從外側(cè)芯部203露出。當線圈201豎直設(shè)置在殼體103中時，如果線圈201從外側(cè)芯部203露出，就會產(chǎn)生沿著線圈201的外周面的整個外周不存在外側(cè)芯部203的部分。與此形成對比的是，當線圈201水平設(shè)置在殼體103中時，即使線圈201的外周面402部分露出，外側(cè)芯部203的其它部分在線圈201的軸向205上仍是連續(xù)的。因此，可以在外側(cè)芯部203內(nèi)的外周面402的某部分中確保所需的磁路。由于磁路以集中方式形成在殼體103的底面?zhèn)?，因此如果線圈201的外周面402在殼體103的上側(cè)露出，則對電感值的影響特別小，并且對于電抗器易于使電感達到設(shè)計值。
如果線圈201的外周面402的一部分在殼體103上側(cè)從外側(cè)芯部203露出，則線圈201的熱可以不通過外側(cè)芯部203而消散。由于殼體103的上側(cè)距作為殼體103的散熱面的底面最遠，因此溫度容易升高。由于線圈201的外周面402的一部分在殼體103的上側(cè)露出，因此該部分的散熱性提高。因此，可以確保期望的電感值，并且可以進一步提高電抗器整體的散熱性能。在圖3和4的各個實例中，殼體103可以具有關(guān)閉上側(cè)的蓋子。如果殼體103上側(cè)通過例如鋁制的蓋子來關(guān)閉，則外側(cè)芯部203以及線圈201的從外側(cè)芯部203露出的頂面可以與蓋子接觸。在此情況下，電抗器上側(cè)的熱可以通過蓋子、殼體103的側(cè)壁、以及延伸至底面的路徑來消散。由此，電抗器的散熱性能進一步提高。蓋子的材料可以使用諸如鋁或鋁合金等金屬材料，或者諸如氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼或 碳化硅等陶瓷材料。需要指出的是，在圖4所示實例中，如果殼體被導(dǎo)電材料的蓋子閉合，則需要使線圈201和蓋子之間絕緣。圖5A和5B為對電抗器的構(gòu)成實例進行說明的正視圖和側(cè)視圖，在電抗器中，在殼體中提供了線圈用的支撐部。在此實例中，電抗器包括位于殼體103的內(nèi)底面503上的支撐部502。支撐部502通過支撐內(nèi)側(cè)芯部202的從線圈201突出的兩個端部501，從而支撐線圈201和內(nèi)側(cè)芯部202。支撐部502可以與殼體103的主體一體形成，或可以獨立于殼體103的主體形成并可以連接并固定至殼體103的主體。支撐部502的材料可以與殼體103的材料一樣，也可以與殼體103的材料不同。與殼體的蓋子的材料相似的材料也可以用于支撐部502。由于在殼體103中設(shè)置了支撐部502，或者在本實施方案中，在殼體103的內(nèi)底面503上設(shè)置了支撐部502，因此線圈201可以容易地定位在殼體103上。在將線圈201置于支撐部502上的同時，將外側(cè)芯部203的構(gòu)成材料填充到殼體103中，成形并硬化。這樣，可以制造根據(jù)本實例的電抗器。因此，可以進一步容易地制造獲得了期望的電感值的電抗器。支撐部502在內(nèi)側(cè)芯部202的從線圈201的兩個端部501處與內(nèi)側(cè)芯部202接觸。線圈201不與支撐部502接觸。另外，支撐部502豎直設(shè)置在殼體103的內(nèi)底面503上。線圈201不與殼體103的內(nèi)底面503接觸。因此，僅通過將線圈201設(shè)置在支撐部502上，就可以確保殼體103和線圈201之間的絕緣。支撐部502在結(jié)構(gòu)上與內(nèi)側(cè)芯部202和殼體103的內(nèi)底面503連接。熱可以從內(nèi)側(cè)芯部202的兩個端部501通過支撐部502向殼體103的底面消散。由此，通過提供支撐部502，電抗器整體的散熱性能能夠提高。為了確保殼體103和線圈201之間的絕緣，如果使殼體103的內(nèi)底面503接近線圈201，則散熱性能仍然會提高。上述實施方案并不限制本發(fā)明的技術(shù)范圍，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進行各種變形和應(yīng)用。例如，本發(fā)明的電抗器的應(yīng)用并不局限于車載轉(zhuǎn)換器，也可以將所述電抗器應(yīng)用于其它具有相對高的輸出的電源轉(zhuǎn)換器，如空調(diào)用的轉(zhuǎn)換器。此外，內(nèi)側(cè)芯部的端面可以與殼體的側(cè)壁接觸。如果內(nèi)側(cè)芯部的端面與殼體的側(cè)壁接觸，則電抗器的散熱性能可以進一步提聞。在上述實施方案中，針對內(nèi)側(cè)芯部主要由粉末成形體形成的電抗器，對本發(fā)明進行了說明。關(guān)于另一個實例，內(nèi)側(cè)芯部可以使用由堆疊體形成的構(gòu)成，所述堆疊體由以硅鋼板為代表的電磁鋼板堆疊而成。與粉末成形體相比，電磁鋼板更容易提供具有高飽和磁通密度的磁性芯體。此外,在上述電抗器中，內(nèi)側(cè)芯部具有比外側(cè)芯部的飽和磁通密度更高的飽和磁通密度，并且外側(cè)芯部具有比內(nèi)側(cè)芯部更低的導(dǎo)磁性。但是，本發(fā)明所適用的電抗器并不局限于此實例。例如，不僅外側(cè)芯部，內(nèi)側(cè)芯部也可以由磁性材料和樹脂的混合物形成。例子[密度差的形成]磁性材料的密集度差可以根據(jù)如硬化條件、磁性材料的填充量、粒徑、硬化劑種類等一些條件而為期望的值。表I示出了形成例。將市售的純鐵份用作磁性材料，并且可以在不使用如填充劑等填充材料的情況下，將環(huán)氧樹脂(由Mitsubishi Chemical株式會社(以前為Japan Epoxy Resins株式會社)制造的雙酹A環(huán)氧樹脂JER828)和表中示出的硬化劑混合。硬化條件是一樣的，按照在80°C下加熱2個小時，在120°C下加熱2個小時，并且在150°C下加熱5個小時的順序進行加熱。在80°C下加熱2個小時的保持時間為磁性材料的 沉淀大體上飽和的時間，并且為在底面?zhèn)群晚斆鎮(zhèn)戎g充分提供了密集度差的狀態(tài)。時間越短，差異越小。即使在120°C下進行硬化期間，也會進行些微的沉淀。但是，在本實施例中，由于在80°C下提供了充分的時間，因此設(shè)想沉淀對集中度差的影響幾乎可以忽略。在表I中，高度為充當外側(cè)芯部的填充部分的高度，S卩，從殼體底面到頂面的距離。使用由Nikkiso株式會社制造的裝置(Microtrac MT3300)通過激光衍射/散射法來測量鐵粉的粒徑范圍。鐵粉的填充量為鐵粉在整個混合物中所占的體積比率。底面?zhèn)鹊拿芏群兔芏炔顬橛不蟮臏y量結(jié)果。將硬化后的樣本從底面?zhèn)鹊巾斆鎮(zhèn)鹊确譃?份，通過上述方法計算得到各個部分的密度。證實了密度從底面?zhèn)鹊巾斆鎮(zhèn)冉档汀５酌鎮(zhèn)让芏仁侵冈诜指畈糠种刑幱谧畹酌鎮(zhèn)鹊拿芏?，并且用作最大密度。密度差通過(底面?zhèn)让芏?頂面?zhèn)让芏?/底面?zhèn)让芏葋砬蟮?。[表 I]
__I23__4567__8
辦度 mm 60 40 40 40 40 40 30 30鐵粉ll,J
粒找范 pm 75以卜_ 75以K 75以卜_ 75以卜' 38以K 38 I- 75 75以F 75以卜_ Hl___________
積 40 4 35 30 40 40 4 40
Jll ft 'K 丨 ％ 丨
硬化利-MH-700 MH-700 MH-700 MH-TOO MH-700 MH-700 MH-700 MTA-15
底山g/cm1 4.515 4.552 4.435 4.423 4.649 4.40S 4.415 4.409
;fr III _________
_6] I 密度沿1 % 12.5 8.8 4.7 3.9 8.6 2.8 4.3 12.4硬化劑MH-700 :New Japan Chemical株式會社制酸酐MTA-15 New Japan Chemical 株式會社制酸酐在實施例I、實施例2和實施例7之間比較，發(fā)現(xiàn)填充高度越大，密度差越大。另夕卜，在實施例2、實施例3和實施例4之間比較，發(fā)現(xiàn)鐵粉填充量越大，密度差越大。實施例I中使用了粒徑為75 以下的鐵粉，實施例5中選擇性地使用了粒徑為38 以下的鐵粉，實施例6選擇性地使用了粒徑范圍為38至75 ii m的鐵粉。小粒徑鐵粉對密度差有貢獻。此外，實施例7和實施例8對不同的硬化劑進行了比較。發(fā)現(xiàn)通過硬化劑的選擇也可以改
變密度差。[散熱效果的模擬I]接下來，示出了通過模擬而確認的由密度差導(dǎo)致的內(nèi)部溫度的差的結(jié)果，以及散熱效果。圖6示出了電抗器的模擬結(jié)構(gòu)。該電抗器的結(jié)構(gòu)包括圓筒狀的內(nèi)側(cè)芯部602、纏繞在內(nèi)側(cè)芯部602外周的線圈601、整體覆蓋內(nèi)側(cè)芯部602和線圈601的外側(cè)芯部603、以及整體收納這些部件的殼體604。內(nèi)側(cè)芯部602為粉末成形體芯體，其具有7. 27g/cm3的均一密度，以及直徑為29. 8mm、高度為61mm的尺寸。另外，線圈601為導(dǎo)線材料，具有內(nèi)徑為33. 8mm、厚度為0. 8mm、寬度為9. Omm的尺寸,并且將導(dǎo)線材料纏繞51阻。殼體604的外形為 9. 12X74. 2 X 60mm。
外側(cè)芯部603為磁性材料和樹脂的混合物，并且具有87. 2X70. 2 X 56mm的外部尺寸。外側(cè)芯部具有從底面到頂面的均等的10階段的密度差。表II示出了具有密度差的各個部分的條件，其中體積％表示外側(cè)芯部的各個部分的磁性物質(zhì)的體積百分比，D表示各個部分的密度(g/cm3)，y表示各個部分的相對導(dǎo)磁率，W表示在IOkHz下各個部分的鐵耗(磁通密度振幅Bm=O. IT) (kW/m3)，并且\為各個部分的熱導(dǎo)率(W/mK)。另外，各個部分的飽和磁通密度落在0. 8T至I. IT的范圍內(nèi)。[表II]
No. ~體積 ％ ~D~y I-W ~A
~I 4176 3.958 5.841 402.4 1.410
24276 4.022 6. 147 401.4 1.493
34^5 4.085 6.452 400. 3 I. 582~ 44 5 4. 149 6.758 399. 3 1.678
545 4 4.2127.064 398. 3 I. 781
~6 46 4 4.2767.370 397. 3 1.891
~ 4773 4. 339 7.675 396. 3 2.010 48 2 4.403 7.981 395. 3 2139 ~9 49 2 4.466 8.287 394. 3 2.277 ~10 507T 4. 530 8.593 393. 3 2.426圖7至9示出了第一模擬結(jié)果。通過磁場分析分別對線圈、內(nèi)芯、外芯和殼體的損耗進行了計算，并且通過熱分析對該結(jié)果(作為發(fā)熱源)進行處理。另外，驅(qū)動頻率為10kHz，通電條件為45A，并且強制冷卻的冷卻側(cè)的溫度為50°C。各圖將截面上的溫度分布以相對應(yīng)的顏色分布的形式來表示。顏色這樣表示溫度紅色表示最高溫度，黃色、綠色和藍色表示依次降低的溫度，紫色表示最低溫度。各圖的下方為底面，上方為頂面?zhèn)取D7和8示出了表II中的外芯，圖9示出了沒有密度差但是具有均一密度的外芯以用于比較。在圖7中，下方為底面?zhèn)?高密度側(cè))。底面?zhèn)缺粡娭评鋮s。同樣地在圖8中，下方為底面?zhèn)?高密度側(cè))。頂面?zhèn)缺粡娭评鋮s。圖9示出了均一密度的情況。底面?zhèn)缺粡娭评鋮s。將圖7和8的結(jié)果互相比較。發(fā)現(xiàn)如果冷卻面設(shè)置在高密度側(cè)(底面?zhèn)?，與冷卻面設(shè)置在低密度側(cè)(頂面?zhèn)?相比，最高溫度會降低6°C，并且能夠有效地散熱。簡言之，提供密度差，并冷卻具有高密度的側(cè)面是有效的。當將圖7和9中示出的結(jié)果互相比較時，具有密度差的情況和不具有密度差的情況的最高溫度之差為3°C，并且發(fā)現(xiàn)如果存在密度差，就能夠更有效地散熱。[散熱效果的模擬2]
接下來，為了詳細觀察由于外側(cè)芯部的密度差而導(dǎo)致的冷卻效果的差異，示出了通過改變密度差而進行的詳細模擬的結(jié)果。設(shè)置為模擬對象的電抗器的外部尺寸條件與上述模擬I的那些相同。通過下述方式來檢測冷卻效果將外側(cè)芯部的底面?zhèn)群晚斆鎮(zhèn)戎g設(shè)置為10階段的密度，改變密度差(例如0%、2%、3%、5%、10%、15%和20%)來提供分析例I至7，根據(jù)分析例I至7獲得各個截面的溫度分布，并且獲得分析例I至7的各個最高溫度。表III示出了密度(g/cm3)，表IV示出了熱導(dǎo)率(W/mK)，表V示出了相對導(dǎo)磁率，表VI示出了鐵耗(磁通密度振幅Bm=O. IT) (kW/m3)，這些都作為模擬條件設(shè)置在各個分析例中。[表III]
權(quán)利要求
1.一種電抗器，包括線圈、芯體、以及收納所述線圈和所述芯體的殼體，所述芯體包括設(shè)置在所述線圈內(nèi)部的內(nèi)側(cè)芯部，以及部分或完全覆蓋所述線圈外部的外側(cè)芯部，該外側(cè)芯部由磁性材料和樹脂的混合物形成， 其中設(shè)置所述線圈使得該線圈的軸向大體上與所述殼體的底面平行，并且 其中所述外側(cè)芯部的在所述線圈軸向上的磁性材料的密集度差小于所述外側(cè)芯部的在沿所述殼體側(cè)壁的方向上的磁性材料的密集度差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電抗器，其中所述外側(cè)芯部中的磁性材料具有密集度分布，在該密集度分布中，在沿所述側(cè)壁的方向上，密集度從所述殼體的底面?zhèn)瘸c所述底面相対的頂面?zhèn)葴p少，并且以所述底面?zhèn)鹊拿芗葹榛鶞剩芗鹊牟畲笥?%且小于等于45%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電抗器，其中所述密集度的差為3%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的電抗器，其中所述殼體的底面被構(gòu)造為能被強制冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項所述的電抗器，其中所述線圈被設(shè)置為與所述殼體的底面接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任意一項所述的電抗器，其中所述內(nèi)側(cè)芯部的飽和磁通密度高于所述外側(cè)芯部的飽和磁通密度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電抗器，其中所述內(nèi)側(cè)芯部為粉末成形體。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任意一項所述的電抗器，其中所述殼體具有與所述線圈和所述內(nèi)側(cè)芯部中的至少ー者的外部形狀對應(yīng)而形成的內(nèi)壁面。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任意一項所述的電抗器，其中所述線圈的外周面的一部分從所述外側(cè)芯部露出。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任意一項所述的電抗器，其中所述殼體具有支撐部，該支撐部通過支撐所述內(nèi)側(cè)芯部的從所述線圈突出的兩個端部，從而支撐所述線圈和所述內(nèi)側(cè)芯部。
11.一種制造電抗器的方法，包括 收納步驟，其中，準備包括線圈和插在所述線圈中的內(nèi)芯的線圈組件、以及具有底面和側(cè)壁的殼體，并且將所述線圈組件收納在所述殼體中，使得所述殼體的底面大體上與所述線圈的軸向平行； 填充步驟，其中，使用含有磁性材料和樹脂的混合物來填充所述殼體；以及 硬化步驟，其中，在所述填充步驟之后對填充的所述混合物進行硬化， 其中所述硬化步驟至少將三種加熱溫度保持預(yù)定的時間，并且 所述三種加熱溫度中的一種為使粘度變得大體上最小時的溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電抗器，設(shè)置有線圈、芯體以及收納線圈和芯體的殼體，所述芯體包括設(shè)置在線圈內(nèi)部的內(nèi)側(cè)芯部、以及覆蓋線圈外部的外側(cè)芯部。外側(cè)芯部由磁性材料和樹脂的混合物形成。設(shè)置所述線圈使得該線圈的軸向大體上與殼體的底面平行。與所述外側(cè)芯部的在沿殼體側(cè)壁的方向上的磁性材料的密度差相比，所述外側(cè)芯部的在線圈軸向上的磁性材料的密度差降低。因此，即使覆蓋線圈外部的外側(cè)芯部由磁性材料和樹脂的混合物形成，也可以容易地獲得期望的電感值，并且電抗器可以具有良好的散熱性。
文檔編號H01F27/24GK102782783SQ20108006483
公開日2012年11月14日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者北島未規(guī), 山本伸一郎, 川口肇, 稻葉和宏 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社